전 세계적으로 급격하게 성장하는 스마트농업의 중요 요소 중 하나인 자동 관개시스템은 토양수분 센서에서 계측한 데이터를 기반으로 관개시점과 관개량을 판단하기 때문에 토양수분 센서의 설치가 필수적이다. 하지만 국내의 경우 토양을 고려하지 않고 단순히 포장의 가운데에 센서를 설치하는 등 토양수분 센서의 설치 위치에 대한 기준이 마련되어 있지 않아 토양수분 계측 위치에 관한 기준 검토가 필요하다. 본 연구에서 통계학적 방법을 이용하여 토양수분의 대표 계측지점을 선정 연구를 수행하였다. 토양은 수직적 또는 수평적으로 불균일성을 갖기에 구명이 쉽지 않다. 따라서 포장 전체에 걸쳐 지속해서 편향이 발생하지만 특정 위치에서의 평균 토양수분이 시간에 따라 유지한다는 시간 안정성 개념을 기반으로, 평균 토양수분을 나타내는 대표지점 선정 연구를 수행하였다. 토양수분을 측정하기 위한 시스템을 제작하였고, TDR (Time Domain Reflectometry) 센서를 이용하여 총 30개 지점을 측정하였다. 2023년 5월부터 8월까지 측정한 날짜·지점별 데이터를 이용하여, 지점의 편향을 정량화하여 식별할 수 있는 MRD (Mean Relative Difference, 평균상대차이)와 측정의 정밀도를 나타내는 RD (Relative Difference, 상대차이)의 SDRD (Standard Deviation of Relative Difference, 표준편차)를 산출하고, MRD와 SDRD를 통합한 지표로써 RMSE (Root Mean Square Error, 평균제곱근오차) 를 구하여, 시간 안정성이 가장 높은 지점인 RMSE의 수치가 최소인 지점을 대표지점으로 선정하였다. 토양수분 센서로 측정한 데이터를 사용하여 지점별 RMSE를 산출하고 비교하여, 평균적인 토양수분을 나타내는 대표지점을 선정할 수 있음을 확인하였다.

BaTiO3-Poly vinylidene fluoride (PVDF) solution was prepared by adding 0~25 wt% BaTiO3 nanopowder and 10 wt% PVDF powder in solvent. BaTiO3-PVDF film was fabricated by spreading the solution on a glass with a doctor blade. The output performance increased with increasing BaTiO3 concentration. When the BaTiO3 concentration was 20 wt%, the output voltage and current were 4.98 V and 1.03 μA at an applied force of 100 N. However, they decreased when the over 20 wt% BaTiO3 powder was added, due to the aggregation of particles. To enhance the output performance, the generator was poled with an electric field of 150~250 kV/cm at 100 °C for 12 h. The output performance increased with increasing electric field. The output voltage and current were 7.87 V and 2.5 μA when poled with a 200 kV/cm electric field. This result seems likely to be caused by the c-axis alignment of the BaTiO3 after poling treatment. XRD patterns of the poled BaTiO3-PVDF films showed that the intensity of the (002) peak increased under high electric field. However, when the generator was poled with 250 kV/cm, the output performance of the generator degraded due to breakdown of the BaTiO3-PVDF film. When the generator was matched with 800 Ω resistance, the power density of the generator reached 1.74 mW/m2. The generator was able to charge a 10 μF capacitor up to 1.11 V and turn on 10 red LEDs.

This study was conducted to determine the optimal irrigation starting point by analyzing tree growth, physiological responses, fruit quality, and productivity in peach orchards. Seven-year-old ‘Kawanakajima Hakuto’ peach trees were used in an experimental field (35°49′30.4″N, 127°01′33.2″E) located within the National Institute of Horticultural and Herbal Science located in Wanju-gun, Jeollabuk-do. The irrigation starting point was set with four levels of –20, –40, –60, and –80 kPa from June to September 2022. While there were no significant differences in increase of trunk cross-section area and leaf area among treatments, shoot length and diameter decreased in the –80 kPa and –20 kPa treatments. The photosynthetic rate measured in August was highest for –60 kPa (17.7 μmol·m-2·s-1), followed by –40 kPa (15.6 μmol·m-2·s-1), –20 kPa (14.5 μmol·m-2·s-1) and –80 kPa (14.0 μmol·m-2·s-1). SPAD value measured in May and August was lower in the –80 kPa and –20 kPa treatments than in the –60 kPa and –40 kPa treatments. The harvest date reached three days earlier in the –20 kPa treatment compared to other treatments. The fruit weight was highest in the –60 kPa (379.1 g), followed by –40 kPa (344.0 g), –80 kPa (321.0 g) and –20 kPa (274.9 g). Firmness was the lowest in the –20 kPa treatment. The soluble solid content was highest in the –60 kPa treatment (13.3°Bx).The ratio of marketable fruits was highest in the –60 kPa treatment (50.7%) and lowest in the –80 kPa treatment (23.4%). In conclusion, we suggest that setting the irrigation starting point at –60 kPa could improve the fruit quality and yield in peach orchards.

작물 수분스트레스 지수(CWSI; Crop Water Stress Index)를 통해 관개 시기를 판단할 경우, 정확한 잎의 온도 및 대기 환경을 측정하는 것이 중요하다. 그리하여 본 연구에서는 실시간으로 작물의 생체정보(엽온) 및 대기 환경(대기온·습도, 일사량)을 측정하고 자동으로 CWSI 값이 산정되는 휴대용 수분스트레스 계측기기를 개발하였다. 또한 휴대용 수분스트레스 계측기기와 고정식 온도 측정 방법과의 비교 분석을 통해 휴대용 수분스트레스 계측기기의 성능을 평가하고자 하였다. 본 계측기기는 CWSI 산정을 위한 생체신호 및 기상 데이터를 측정하는 센싱부, 측정된 데이터를 저장하고 CWSI를 산정하는 데이터 수집부, 장치의 기능을 조작하고 측정값을 표시하는 시스템 제어부로 구성하였다. T-test를 실시하여 두 계측 방법에서 측정된 엽온, 일사량, CWSI 평균값의 유의 관계를 분석한 결과, 유의확률은 0.089, 0.318 그리고 0.028로 각각 나타났다. 엽온과 일사량은 유의수준 0.05보다 크므로 유의미한 차이가 나타나지 않았지만 CWSI는 유의확률이 유의수준보다 작으므로 두 측정 방법에 따라 유의미한 차이가 나타났다.

자동 관개 시스템에서는 관수를 자동으로 개시하고 중지할 수 있는 기준값의 설정이 중요하다. 관수 기준값은 작물의 종류와 생육 시기, 토성, 용적 밀도 등에 따라 달라지는 포장 용수량의 토양 수분값으로 결정되기 때문에, 전문적인 지식과 분석 경험이 필요하여 현장 농업인이 직접 파악하는 것은 어렵다. 그래서 재배 작물의 명칭, 재배 지역 및 재배 토양의 토성 등을 조건 변수로 하여 적절한 토양 수분값을 데이터베이스로부터 추출하고, 작물의 종류 및 생육 시기별 토양수분 기준을 데이터베이스화하여 선택한 작물에 적합한 토양수분 장력값을 설정할 수 있는 알고리즘을 개발하였다. 이 알고리즘을 센서부, 제어부, 구동부로 구성되어 있는 시스템에 적용하여 토양 수분을 제어할 수 있는 시스템을 개발하였다. 실험구별로 수분 제어 기준값을 설정하여 측정한 수분값이 -33 kPa 실험구에서 부합률 97.3%, -25 kPa 실험구에서 부합률 96.6%의 결과를 나타내었다. 이 시스템을 이용하여 최근 농촌지역의 고령화와 노동인구 감소에 따른 생산성 감소를 억제하는데 기여할 것으로 사료된다.

본 연구는 시설토경에 적합한 간단관개의 1회 관개량, 관개주기 및 최대 관개횟수를 구명하기 위해 토양 수직단면 상에서의 수분이동을 모델링하였다. 간단관개는 특정양의 물을 관개할 때, 소량의 물을 일정한 시간 간격으로 여러 번 나누어 급수하여 토양표면의 용수 손실을 줄이고, 근권부까지 수분이 원활히 침투되도록 하기 위한 관개 방법이다. 토양 내부의 수분이동 특성은 관개방법, 토성 등에 따라 다양하게 변화한다. 반면, 현장에서 간단관개는 토마토 시설토경 재배의 경우 40분 간격으로 1회 4분간 최대 4회 관개, 사과의 경우 110분 간격으로 1회 5분간 최대 3∼5회 등 경험에 따라 관개하고 있다. 본 연구에서는 국내의 대표적인 밭토성인 사질양토, 양토, 양질사토에 대해 10, 20, 40분 간격으로 관개깊이 5㎜의 용수를 1.0, 1.7, 2.5, 5.0㎜씩 각 1∼5회로 나누어 관개하는 조건을 모의하였다. 모의할 토층단면은 폭 10㎝, 깊이 30㎝로 설정하고, 모의 프로그램은 Hydrus- 2D를 이용하였다. 기존 관련 연구의 실측 자료를 이용해 모델을 보정하고, 토층단면에 걸쳐 시간 경과에 따른 토양 내 수분 변화를 2차원 토양수분 패턴도로 작성하였다. 간단관개 방법에 따라 토양표면 및 근권부 토층에서의 수분 변화를 분석한 결과 모든 조건에서 연속관개 보다는 간단관개가 근권부의 수분전달에 유리하고, 양토, 사질양토, 양질사토의 순으로 관개용수의 침투가 원활한 것으로 파악되었다. 1회 관개량 1.7㎜ 이상, 간단시간 40분 이상인 경우에 토양표면에서의 수분 침투가 원활해지는 것으로 나타났으며, 근권부의 토양수분 전달에 가장 유리한 것은 1회 관개량 1.7㎜, 3회 간단관개하는 경우로 분석되었다. 토성에 따른 토양수분이동의 특성 차이는 크지 않은 것으로 나타났다. 본 연구 결과 시설토경 관개에서 토양표면에서의 용수손실을 감소시키면서, 근권부 수분공급에 적합한 간단관개법을 구명할 수 있었으며, 이를 향후 자동관개 제어 시스템에 적용한다면 용수손실을 최소화하면서 토양수분을 작물생육에 최적의 상태로 제어할 수 있을 것으로 사료된다.

본 연구에서는 국내에 가장 많이 보급되어 있는 1-2W 모델 연동온실에 대한 온실 규격 및 환기창 형태 실태 조사를 수행하고, 이를 바탕으로 연동온실의 천창 형태에 따른 유동 특성을 분석하기 위해 수치해석을 수행하여 자연환기효과를 분석 하고자 하였다. 온실 실태조사 대상농가의 환기창면적 비율은 평균 10%로 자연환기를 위한 시설면적 대비 환기창 면적 설계가 부족한 것으로 나타나 환기창 개선이 필요할 것으로 판단된다. 연동 온실의 천창 형태별 자연환기를 해석 및 분석한 결과, 온실 내 작물위치의 온도 분포 및 내외부 온도차는 몽골식 천창 온실에서 가장 낮고 외몽골식 천창 온실에서 가장 높게 나타났으나 추후 풍하중에 의한 구조적인 안전성을 평가 해야할 것으로 판단된다.

In this study, we conducted the hot box tests to compare the changes in thermal insulation for the four types of multi-layer thermal screens by the used period after collecting them from the greenhouses in the field when they were replaced at the end of their usage. The main materials for these four types of multi-layer thermal screens were matt georgette, non-woven fabrics, polyethylene (PE) foam, chemical cotton, etc. These materials were differently combined for each multi-layer thermal screen. We built specimens (70×70 cm) for each of these multi-layer thermal screens and measured the temperature descending rate, heat transmission coefficient, and thermal resistance for each specimen through the hot box tests. With regard to the material combinations of multi-layer thermal screens, thermal insulation can be increased by applying a multi-layered PE foam. However, it is considered that the multilayered PE foam significantly less contributes to heat-retaining than chemical wool that forms an air-insulating layer inside multi-layer thermal screens. For the suitable heat-retaining performance of multi-layer thermal screens, basically, materials with the function of forming an air-insulating layer such as chemical cotton should be contained in multi-layer thermal screens. The temperature descending rate, heat transmission coefficient, and thermal resistance of multi-layer thermal screens were appropriately measured through the hot box tests designed in this study. However, in this study, we took into consideration only the four kinds of multi-layer thermal screens due to difficulties in collecting used multi-layer thermal screens. This is the results obtained with relatively few examples and it is the limit of this study. In the future, more cases should be investigated and supplemented through related research.

가축질병 바이러스는 매우 빠르게 전파되는 특징을 가지고 있으며 질병에 걸린 동물의 분비물에 접촉하거 나, 사람이나 차량에 의한 바이러스의 이동, 또는 공기를 통하여 전파가 이루어진다. 본 연구에서는 가축 및 분뇨 운반차량이 질병을 전파시키는 요인이 될 수 있다고 판단하고 전염병 발생 시 질병의 이동 경로를 파악 하고 효율적인 방역범위를 설정하는데 기초자료로 활용 하고자 한다. 축산차량의 이동경로를 분석하기 위해 ArcGIS(Ver. 10.3, ESRI, USA)의 Spatial Statistics tool에서 Measuring geographic distribution방법을 활용하여 Directional distribution을 추출하였다. 결과 값으로 위도(Latitude), 경도(Longitude), Rotation, XstdDist, YstdDist을 얻었다. 그 결과 특정한 목적을 가지고 출발지가 일정 지역에 귀속되어 있는 가축 및 분뇨 차량의 경우 출발지점, 도착지점, 목적지가 크게 바뀌지 않을 경우, 이용하는 도로는 한정되어 있었다. 30대의 차량 중 대다수의 차량이 일정한 패턴을 가지고 평상 시 이용하는 경로만 이용하여 분뇨를 운반하는 것을 확인 할 수 있었다. 본 연구를 통해 전염병 발생 시 질병의 이동 경로를 파악하고 효율적인 방역범위를 설정하여 투입 인원과 장비를 줄이면서 현재보다 효율적인 방역 범위를 설정이 가능할 것으로 판단되었다.

우리나라의 시설원예 산업은 농업용 필름이 생산되고 보급되면서 우리나라의 시설원예는 급속도로 발 전하였다. 그 후에 골조는 아연도금 파이프, 피복재는 연질필름을 이용하여 보온재배 위주의 시설이 전 국적으로 설치되었다. 바이오가스에 포함된 황화수소 및 메탄은 온실 자재나 작물에 악영향을 유발하는 요소로 작용될 수 있다. 그리하여 본 연구에서는 유기성폐기물인 바이오가스에서 막 분리법을 이용하여 CO2 가스를 정제, 포집하였다. 그리고 정제된 CO2를 온실에 공급하여 바이오가스에 포함된 성분들이 온실의 자재에 미치는 영향을 분석하였다. 실험은 세가지 실험구를 설정하여 시행하였으며, 실험 1은 일반적으로 온실 시용에 판매되고 있는 온실용 액화 CO2를 시비한 경우(온실-1), 실험 2는 바이오가스 에서 분리한 CO2를 시비한 경우(온실-2), 실험 3은 CO2를 공급하지 않은 일반적인 경우인 대조구로 실 험을 행하였다. 실험 결과, 시중에는 판매되고 있는 CO2를 시비한 온실과 대조 실험구와 비교하였을 때, 피복자재의 투과도, 인장강도는 세 실험구에서 모두 유사하게 측정되었다. SEM, EDS 분석 결과, 세 실험구에서 산화철의 결정이 나타났으며, 파이프 자재 표면의 O와 S의 함유량은 두 번째 온실에서 높게 나타났다.

본 연구에서는 UTC 시스템을 대표적인 농업시설인 돈사에 적용하기에 앞서, UTC 제어 시스템 및 프 로그램 개발에 따른 돈사 내 적정 사육 환경 유지 및 난방에너지 저감을 위한 기초자료로 활용하고자, 2 동의 실험돈사를 제작, UTC 제어 시스템 적용에 따른 실험돈사 내부 온도 변화 및 에너지를 비교, 분석 하였다. 제어 시스템은 T1∼T4, 총 4점의 온도를 측정 후 프로그램 내 알고리즘에 의해 O1∼O5, 총 5개 의 출력 신호를 ON/OFF 방식으로 각각 제어하도록 구성하였다. 온도 설정은 실험돈사 내부 온도 28. 0℃, UTC 내부 온도 34.0℃로 설정하였고, 측정된 온도와 비교를 통해 출력 신호를 제어하였다. 3일 간, 제어 시스템을 가동한 돈사의 경우 최고 온도는 평균 31.8℃로 측정되었다. 같은 시간, 비교돈사의 최고 온도는 평균 36.6℃로 제어 시스템을 가동한 돈사의 내부 온도가 약 4.8℃ 낮은 것으로 나타났다. 또한 제어 프로그램의 가동에 따라 UTC 플레넘 최고 온도는 평균 50.5℃까지 상승한 것으로 나타났다.

가축 사육형태가 규모화 됨에 따라 가축분뇨 발생량은 지속적으로 증가하고 있으며, 가축분뇨를 에 너지로 이용하고자 하는 자원화에 대한 요구가 점차 증가되고 있다. 국내에서 발생하는 가축분뇨 에너 지화의 경제적 효과는 4,777억원으로 기대되고 있다. 따라서, 축산분뇨를 원료로 하는 바이오가스 플 랜트에서 발생하는 가스의 이용에 관한 연구는 활발히 연구되고 있다. 본 연구에서는 가축분뇨를 원료 로 한 바이오가스 플랜트에서 발생하는 가스의 이용에 대한 다양화를 모색하고자, 바이오가스 내 개별 성분의 분리 및 정제 방법을 구명하였다. 그리고 바이오가스 내 대표적인 성분이 CH4, CO2가스의 분 리를 통하여 독립적인 활용 방안을 제시하고자 한다. 이를 위해 발생하는 가스의 분리를 행하였으며, 분리된 가스의 적정 이용을 위한 정밀분석을 하였다. 그 결과, CH4가스는 약 95%, CO2가스는 약 93.2%로 정제되었으며, 분리된 가스 속에는 황화수소의 경우 1ppm이하로 포함되어 있는 것을 확인하 였다. 정제 CO2가스의 정밀 분석 결과, 도시가스 품질 기준표와 비교하였을 때, 정제 CH4에 포함된 성분들이 품질 기준표에 적합한 농도를 나타내었다. 정제 CO2의 정밀 분석 결과, 농업시설 내의 작업 자와 작물에게 유해한 성분들의 함량이 매우 미세하게 나타났다.

본 연구는 무창돈사에서 폐기되는 에너지를 재이용하기 위해 열회수형 환기장치의 효율 및 돈사 내부 환경에 미치는 영향을 분석하여, 실제돈사에 적용 가능성을 구명하고자 한다. 이를 위해 열회수형 환기장치의 적용에 따른 내부 온도, 상대습도, CO2 및 부유미생물을 측정, 분석하여 돈사 내 열회수형 환기장치 적용 시 연료비 절감 및 돼지 사육 환경의 최적 조건 산출을 위한 기초자료로 활용하고자 한다. 실험은 돈사 내 환기팬 및 열회수형 환기장치를 설치하여 세 가지 다른 조건에서 실험을 행하였다. 첫 번째, 환기팬 및 열회수형 환기장치를 가동하지 않은 상황(Test-1), 두 번째, 환기팬만 가동한 상황(Test-2), 그리고 마지막으로 열회수형 환기장치만 가동한 상황(Test-3), 세 가지 상황으로 구분하여 실시하였다. 열회수형 환기장치를 가동하였을 경우, 내부 상, 중, 하층부의 온도가 가장 균일한 것으로 나타났고, 상대습도 또한 일정하게 유지되는 것으로 나타났다. CO2 농도의 경우, 환기팬을 가동한 상황(Test-2)보다 다소 높았지만 시간이 지남에 따라 농도가 낮아지는 것으로 보아, 환기에 효과가 있다고 판단된다. 부유미생물의 경우는 밀폐된 상황(Test-1) 보다 오히려 높게 측정되었는데, 이는 열회수형 환기장치의 내부 교차오염 등에 의한 것으로 판단된다.